왜 건빵 구멍은 두 개일까? 똥구멍 괄약근의 맹활약? 도처에 존재하는 구멍들, 그리고 갖가지 상품들에 난 구멍들은 빛나는 아이디어였다. 우표의 절취용 점선, 주전자 구멍, 바늘귀, 도넛 구멍 등 비록 유래는 알기 쉽지 않지만, 이 구멍들은 모두 우리의 일상에 커다란 변화를 선사하며, 역사에 기록된 위대한 구멍들이다. 콧구멍, 귓구멍, 똥구멍, 땀구멍, 배꼽 등 우리 몸의 구멍들 모두 뚫려 있는 이유가 있었다.

구멍은 또한 자연의 세계를 들여다보는 만화경이었다. 자연과 세월이 빚은 블로홀, 달의 크레이터, 제주도의 현무암과 산굼부리, 블랙홀과 웜홀과 화이트홀, 그리고 돌속살이조개의 바위 구멍 집, 세상에서 가장 실용적인 건축물로 손꼽히는 벌집구멍과 개미구멍 등 구멍을 통해 자연의 세계를 여행한다. 도대체 왜 뚫려 있는지 몰랐던 구멍들 속엔 기막힌 사연과 과학이 숨어 있다.
1. 시크릿 사이언스 시리즈(Secret Science Series)를 출간하며

아인슈타인은 세상의 모든 과학은 일상의 사고를 가다듬은 것에 불과하다고 갈파하며, 이렇게 말했다. “If you don't explain it simply, you don't understand it well enough(쉽게 설명할 수 없다면, 당신은 제대로 모르는 것이다).”
시크릿 사이언스 시리즈는 우리에게 친숙하지만, 그것에 관한 여러 가지 물음에 대해서 속 시원하게 대답하기 힘든 소재와 주제를 집중 해부해보는 교양 과학 시리즈이다. 제1권
<똥으로 해결한 과학>
, 제2권
<구멍에서 발견한 과학>
, 제3권
<라면으로 요리한 과학>
을 1차로 출간하였으며, 2008년 상반기
<자동차로 달리는 과학>
,
<별이 빛나는 과학>
,
<핸드폰보다 신기한 과학>
,
<껌으로 씹어본 과학>
등을 출간할 예정이다.




2. 콧구멍에서 자궁, 맨홀에서 블랙홀까지, 세상 모든 구멍 속엔 과학이 숨어 있었습니다. 과학자의 눈으로 일상과 세계를 들여다봅니다.



도처에 존재하는 구멍들, 그리고 갖가지 상품들에 난 구멍들은 빛나는 아이디어였다. 한 보험 외판원이 아주 중요한 계약을 따 냈다. 하지만 계약서에 잉크가 번지는 바람에 계약이 파기되었다. 이의 해결책을 찾던 중, 그는 펜촉에 구멍을 내어 큰 성공을 거두게 된다. 바로 만년필 구멍이다. 또한 우표의 절취용 점선, 주전자 구멍, 바늘귀, 도넛 구멍 등 비록 유래는 알기 쉽지 않지만, 이 구멍들은 모두 우리의 일상에 커다란 변화를 선사하며, 역사에 기록된 위대한 구멍들이다. 이 책을 읽다 보면, 낙타가 바늘구멍을 통과하기도 한다. 시공간을 초월하는 구멍과 만날 수도 있다. 여러 동물과 식물들의 구멍 속에서 그들의 식생과 자연의 생태를 관찰하게 된다.

콧구멍, 귓구멍, 똥구멍, 땀구멍, 배꼽 등 우리 몸의 구멍들 모두 뚫려 있는 이유가 있었다. 똥구멍의 괄약근은 항문을 조이고 풀고, 대단한 역할을 한다. 코는 한 개이지만 콧구멍은 왜 두 개인지 의문점도 시원하게 풀린다. 막혀 있는 구멍으로만 알았던 배꼽 속에는 생명의 신비가 담겨 있었다. 골다공증, 충치, 임플란트 등 구멍과 관련한 질병도 탐험한다.

구멍은 또한 자연의 세계를 들여다보는 만화경이었다. 자연과 세월이 빚은 블로홀, 달의 크레이터, 제주도의 현무암과 산굼부리, 블랙홀과 웜홀과 화이트홀, 그리고 돌속살이조개의 바위 구멍 집, 세상에서 가장 실용적인 건축물로 손꼽히는 벌집구멍과 개미구멍 등 구멍을 통해 자연의 세계를 여행한다.

도대체 왜 뚫려 있는지 몰랐던 구멍들 속엔 기막힌 사연과 과학이 숨어 있었다. 다 빨아 먹고 난 막대 사탕의 막대에서도 구멍을 발견할 수 있다. 왜 건빵엔 두 개의 구멍이 뚫려 있는지, 목욕탕 의자 구멍, 영수증 가장자리의 구멍, 목탁과 소라 구멍의 공통점 등을 통해 제각각 훌륭한 역할 담당하고 있는 구멍들을 살펴본다.




3. 왜 건빵 구멍은 두 개일까? 똥구멍 괄약근의 맹활약? 누가 달에 구멍을 뚫었을까? 세상 모든 구멍 속 과학을 낱낱이 파헤칩니다.



3-1. 왜 건빵 구멍은 두 개일까?

건빵은 밀가루에 이스트, 소금, 설탕 등을 섞어 발효시킨 다음 구워낸 과자이다. 빵을 부풀리는 데 사용하는 이스트는, 밀가루 반죽 속에 들어 있는 당을 먹고 대사산물로 알코올과 탄산가스를 발생시킨다. 이 과정을 발효라고 하는데, 이때 발생한 탄산가스가 반죽을 팽창시킨다. 빵 굽기를 시작해 처음 10-15분 동안은 주변 온도가 올라가면서 수증기압이 증가하여 반죽이 더욱 부푼다. 일반적으로 비스킷을 만들 때 기계에서 비스킷을 구우면 내부가 가열되어 수증기가 생긴다. 이때 수증기의 압력이 너무 높아지면 과자가 터져 버리기 때문에 모든 종류의 비스킷에는 구멍이 나 있다. 적당한 수의 구멍을 뚫어 수증기를 살살 빼내어 수증기의 압력을 낮추는 것이다. 건빵도 마찬가지 이유로 구멍이 두 개 뚫려 있다. 그런데 건빵은 왜 비스킷처럼 구멍 수가 많지 않고 항상 두 개의 구멍이 뚫려 있는 것일까?

그것은 적당한 두께를 유지하기 위해서다. 건빵에 구멍을 많이 뚫으면 내부 압력이 모두 새어나와 부풀어 오르지 못하기 때문에 건빵이 비스킷처럼 납작해진다. 또 구멍이 하나밖에 없으면 배가 더 볼록한 빵이 되어 버린다. 납작 빵도 아니고 볼록 빵도 아닌 건빵 모양을 내기 위해서는 구멍 두 개가 필요하다. 그러니까 구멍의 수는 비스킷의 두께와 밀접한 관계가 있는 것이다.

보너스! 군대용 건빵에는 꼭 별사탕이 함께 들어 있다. 그 이유는 수분이 거의 없는 건빵을 보다 편하게 먹기 위해서다. 별사탕을 먹으면 고농도인 별사탕이 저농도인 침을 빨아들여, 침이 많이 고이게 된다. 이것을 삼투현상이라고 한다. 입 안에 당분이 들어가 침이 많이 생기면 수분이 없는 건빵을 먹기가 편하고 잘 삼킬 수 있다.



3-2. 괄약근이 없다면, 똥구멍에서는 어떤 일이 벌어질까?

항문은 과학적 작용이 치밀한 곳이다. 항문에는 지각신경이 발달해 있어 방귀와 변을 정확하게 구별해 내보낸다. 대변의 배출에 신중을 기하기 위해 항문에는 내부와 외부의 괄약근이라는 2중 잠금장치가 되어 있다. 직장에 노폐물이 가득 쌓여 압력이 높아지면 직장벽의 신경계 신장수용기 센서가 항문 안쪽의 내괄약근을 자극, 문을 열고 변을 대기시킨다. 직장 안의 압력이 높아져야만 대변이 벽을 밀어 열고 항문관으로 들어갈 수 있다.

항문의 바깥쪽에 있는 외괄약근은 사람의 의지로 문을 여닫는 수의근으로 돼 있다. 변의를 느껴 내괄약근이 열린 상태에서 외괄약근이 버티는 시간은 3-5분 정도이다. 이 안에 배변이 이루어지지 않으면 배변하고 싶은 욕망이 사라져, 직장에 모여 있던 대개의 노폐물이 결장으로 되돌아가서 많은 수분을 빼앗긴다. 따라서 배변을 계속 늦추면 변비가 생기고 대변이 단단해진다. 대변을 통과시키거나 밖으로 나가지 못하게 억제시키는 괄약근이 약해지면 변이 자기도 모르게 나오는 변실금에 걸린다.



3-3. 크레이터, 누가 달에 구멍을 뚫었는가?

구멍의 사전적 정의는 다음과 같다. 뚫어지거나 파낸 자리. 달의 크레이터 역시 구멍이다. 그렇다면 누가 달에 구멍을 뚫었을까?

달 표면에는 둥근 구멍이 숭숭 난 각양각색의 크레이터(분화구)들이 빽빽하게 밀집돼 있다. 바다와 육지를 막론하고 모든 지역에 널려 있다. 아주 작은 것에서부터 서울시가 수십 개나 들어갈 수 있는 크기의 크레이터들도 200여 개나 있다. 그러나 육지에 있는 것이 바다에 있는 것보다 훨씬 많아, 육지의 표면은 굴곡이 심하고 바다의 표면은 비교적 매끄럽다.

달의 크레이터는 주로 우주 공간에 떠돌아다니던 운석이 달의 인력에 끌려 달 표면으로 떨어져 충돌하여 생긴 것이다. 지구로 떨어지는 운석들은 대기권에 진입하면서 크기가 작은 것들은 모두 타서 없어지지만, 대기가 없는 달에는 소행성의 충돌 사고가 잦다. 그만큼 많은 운석들이 달 표면에 크레이터를 만들게 된다. 또한 화산 활동이 활발하던 시기, 달의 내부에 들어 있던 뜨거운 물질이 폭발한 뒤, 내부가 텅 비게 되자 윗부분이 아래로 가라앉아 크레이터가 만들어졌다. 이렇게 생성된 크레이터들은 원형의 구멍과 둘레의 높은 벽 등으로 되어 있어, 그 형태가 마치 지구의 화산 분화구와 비슷하여 그냥 화구라고도 한다.

달은 이러한 곰보자국을 성형하기도 힘들다. 달에서는 좀처럼 침식작용이 일어나지 않기 때문이다. 그래서 아주 작은 크레이터라도 한번 생겨나면 오랜 기간 동안 그 형태가 변하지 않는다. 하지만 크레이터가 생겨나고 없어지는 과정이 되풀이된다. 지금도 달 표면에는 가끔씩 운석이 날아와 충돌한다. 운석이 충돌하면 그 충격으로 새로운 크레이터가 생겨남과 동시에 예전의 것은 붕괴된다.

왜 건빵 구멍은 두 개일까?
건빵은 밀가루에 이스트, 소금, 설탕 등을 섞어 발효시킨 다음 구워낸 과자이다. 빵을 부풀리는 데 사용하는 이스트는, 밀가루 반죽 속에 들어 있는 당을 먹고 대사산물로 알코올과 탄산가스를 발생시킨다. 이 과정을 발효라고 하는데, 이때 발생한 탄산가스가 반죽을 팽창시킨다. 빵 굽기를 시작해 처음 10-15분 동안은 주변 온도가 올라가면서 수증기압이 증가하여 반죽이 더욱 부푼다. 일반적으로 비스킷을 만들 때 기계에서 비스킷을 구우면 내부가 가열되어 수증기가 생긴다. 이때 수증기의 압력이 너무 높아지면 과자가 터져 버리기 때문에 모든 종류의 비스킷에는 구멍이 나 있다. 적당한 수의 구멍을 뚫어 수증기를 살살 빼내어 수증기의 압력을 낮추는 것이다. 건빵도 마찬가지 이유로 구멍이 두 개 뚫려 있다. 그런데 건빵은 왜 비스킷처럼 구멍 수가 많지 않고 항상 두 개의 구멍이 뚫려 있는 것일까?
그것은 적당한 두께를 유지하기 위해서다. 건빵에 구멍을 많이 뚫으면 내부 압력이 모두 새어나와 부풀어 오르지 못하기 때문에 건빵이 비스킷처럼 납작해진다. 또 구멍이 하나밖에 없으면 배가 더 볼록한 빵이 되어 버린다. 납작 빵도 아니고 볼록 빵도 아닌 건빵 모양을 내기 위해서는 구멍 두 개가 필요하다. 그러니까 구멍의 수는 비스킷의 두께와 밀접한 관계가 있는 것이다.
보너스! 군대용 건빵에는 꼭 별사탕이 함께 들어 있다. 그 이유는 수분이 거의 없는 건빵을 보다 편하게 먹기 위해서다. 별사탕을 먹으면 고농도인 별사탕이 저농도인 침을 빨아들여, 침이 많이 고이게 된다. 이것을 삼투현상이라고 한다. 입 안에 당분이 들어가 침이 많이 생기면 수분이 없는 건빵을 먹기가 편하고 잘 삼킬 수 있다.

괄약근이 없다면, 똥구멍에서는 어떤 일이 벌어질까?
항문은 과학적 작용이 치밀한 곳이다. 항문에는 지각신경이 발달해 있어 방귀와 변을 정확하게 구별해 내보낸다. 대변의 배출에 신중을 기하기 위해 항문에는 내부와 외부의 괄약근이라는 2중 잠금장치가 되어 있다. 직장에 노폐물이 가득 쌓여 압력이 높아지면 직장벽의 신경계 신장수용기 센서가 항문 안쪽의 내괄약근을 자극, 문을 열고 변을 대기시킨다. 직장 안의 압력이 높아져야만 대변이 벽을 밀어 열고 항문관으로 들어갈 수 있다.
항문의 바깥쪽에 있는 외괄약근은 사람의 의지로 문을 여닫는 수의근으로 돼 있다. 변의를 느껴 내괄약근이 열린 상태에서 외괄약근이 버티는 시간은 3-5분 정도이다. 이 안에 배변이 이루어지지 않으면 배변하고 싶은 욕망이 사라져, 직장에 모여 있던 대개의 노폐물이 결장으로 되돌아가서 많은 수분을 빼앗긴다. 따라서 배변을 계속 늦추면 변비가 생기고 대변이 단단해진다. 대변을 통과시키거나 밖으로 나가지 못하게 억제시키는 괄약근이 약해지면 변이 자기도 모르게 나오는 변실금에 걸린다.